機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)之實(shí)踐

吳挺 林香云

【摘要】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)注入新的生機(jī)和活力，實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展。為此，文章在闡述機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)重要性的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際具體分析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用，旨在能夠進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)成效。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)軟件來幫助設(shè)計(jì)師完成機(jī)械設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用充分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手繪設(shè)計(jì)的局限，節(jié)省了機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間，達(dá)到了良好的機(jī)械設(shè)計(jì)效果。為此，文章結(jié)合實(shí)際就計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用問題進(jìn)行探究。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)意義

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用具有以下幾個(gè)方面的意義：第一，能夠提升學(xué)生空間想象能力。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的支持下市場上出現(xiàn)了多種三維CAD設(shè)計(jì)軟件，通過應(yīng)用這些軟件能夠?qū)C(jī)械零件模擬給學(xué)生，讓學(xué)生在頭腦中形成對機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí)。第二，能夠加深學(xué)生對機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握程度。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)模式采取的是教師單一授課的模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)比較被動(dòng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用能夠在根本上改變學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)的局面，在學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的情況下加深學(xué)生對機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握程度。同時(shí)，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)⒌湫偷牧慵Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟展現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生在模仿設(shè)計(jì)的過程中不斷提升自己的設(shè)計(jì)能力。第三，豐富學(xué)生資料收集的內(nèi)容。以往的機(jī)械設(shè)計(jì)資料采用的是二維工程圖紙，這種類型的二維工程圖紙不僅難以收集，而且在收集之后也很難保存。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用能夠?qū)⒁恍C(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料、模型和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存，從而為學(xué)生之后的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)奠定良好支持。

二、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）二維繪制圖的應(yīng)用

教師在機(jī)械教學(xué)過程中通常會(huì)引用到很多的二維圖紙，除了教材中現(xiàn)有的圖紙外，還要繪制大量的二維圖紙。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，比如CAD、PROE等軟件能夠在手工繪制的基礎(chǔ)上降低繪圖的時(shí)間，進(jìn)而提升繪圖工作效率和繪圖質(zhì)量。

（二）標(biāo)準(zhǔn)零件庫的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中會(huì)使用到很多的標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件在機(jī)械設(shè)計(jì)課程的講解中會(huì)占很大一部分教學(xué)時(shí)間。包括標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)、型號(hào)、參數(shù)等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件通常會(huì)包含大量的標(biāo)準(zhǔn)零件庫。在教學(xué)過程中教師可以直接在軟件中打開零件庫進(jìn)行教學(xué)。比如：通過漸開線直齒圓柱齒輪的參數(shù)建模來講解齒輪的相關(guān)知識(shí)。在建模的過程中要設(shè)置的參數(shù)體包含齒輪的厚度、壓力角、模數(shù)、齒數(shù)、齒根圓角半徑、變位系數(shù)等。教師可以詳細(xì)的講解各個(gè)參數(shù)的意義。并在建模的過程中調(diào)整各個(gè)參數(shù)的大小，可以讓學(xué)生直觀的看到齒輪應(yīng)參數(shù)變化而產(chǎn)生的現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)的變化。教學(xué)的過程會(huì)因此變得更加直觀生動(dòng)。

（三）裝配體的展示應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中，為了說明某一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)情況通常會(huì)有機(jī)械裝配體的講解。在教材中呈現(xiàn)的裝配體都是一張二維裝配圖紙。遇到復(fù)雜機(jī)構(gòu)時(shí)，二維裝配圖紙很難全面詳細(xì)的表達(dá)裝配結(jié)構(gòu)。這個(gè)時(shí)候教師可以應(yīng)用各個(gè)軟件的裝配模塊，將裝配體展示給學(xué)生。軟件可以對裝配的細(xì)節(jié)進(jìn)行放大，對裝配體可以進(jìn)行360度的展示。可以通過隱藏顯示功能對隱蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示；也可以通過干涉分析功能對裝配體各個(gè)接觸部分進(jìn)行展示；更可以通過運(yùn)動(dòng)仿真模塊對裝配體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的分析。有了上述的功能，機(jī)械裝配體的講解會(huì)變得更加的輕松。

（四）力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算的應(yīng)用

在學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的理論知識(shí)后，機(jī)械設(shè)計(jì)課程中包含了很多力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算教學(xué)。該部分的教學(xué)是每一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)教師遇到最為頭痛的問題。內(nèi)容枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。而這部分的內(nèi)容又決定著一個(gè)學(xué)生能否成為一個(gè)優(yōu)秀機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的關(guān)鍵所在。學(xué)生在設(shè)計(jì)的過程中會(huì)困惑與設(shè)計(jì)過程的程序安排，困惑與大量的數(shù)據(jù)計(jì)算。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以在教學(xué)的過程中解決以上問題。很多計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件會(huì)為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)過程的智能導(dǎo)航，并會(huì)在力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析過程中羅列需要提供的基本參數(shù)，并且能夠自動(dòng)的完成繁瑣的計(jì)算過程，最后將結(jié)果詳細(xì)羅列。教師可以根據(jù)需要以軟件作為依托完成該部分內(nèi)容的教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中也會(huì)增加學(xué)習(xí)的樂趣。

三、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用不足

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中發(fā)揮著越來越大的作用，無論教師還是學(xué)生都是非常樂意的接受著。但是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用也存在著很大的不足。第一：教學(xué)成本比較高。隨著知識(shí)產(chǎn)權(quán)的越來越被重視，無論企業(yè)還是學(xué)校都被要求使用正版的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。相較與機(jī)械設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)教法，軟硬件的添置的一筆很大的開支。第二：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件變化過于頻繁。不同的教師喜歡用不同的軟件，不同的企業(yè)也喜歡用不同的軟件。并且即便是相同的軟件在不同的年份會(huì)推出不同的版本。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件國內(nèi)外加起來種類超過10幾種。過多的種類和頻繁的變化增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。第三：過多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件教學(xué)會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生嚴(yán)重的計(jì)算機(jī)依賴癥。他們會(huì)因此缺乏對基本知識(shí)的記憶和理解，雖然現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的使用大量普及，但是一旦離開計(jì)算機(jī)什么也不會(huì)那也不是什么好的事情。

結(jié)束語

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的使用作為機(jī)械工程師不可缺少的基本技能，在整個(gè)機(jī)械課程的教學(xué)過程中都應(yīng)該貫穿其中。機(jī)械設(shè)計(jì)課程作為機(jī)械課程的一門重要課程，教師不僅僅只是機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的講授，更應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代的變化靈活的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。